王雪婷，趙化啟

（佳木斯大學(xué)，黑龍江 佳木斯 154000）

隨著我國社會經(jīng)濟水平的提高，人們的生活質(zhì)量也在不斷提高，我國現(xiàn)階段汽車數(shù)量也在穩(wěn)步攀升[1]。由于2019年年底至2020年年初新型冠狀病毒肺炎出現(xiàn)在武漢市并迅速傳遍全國[2]，全國各地啟動了重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件一級響應(yīng)。在抗擊疫情的過程中，武漢在十余日內(nèi)建造火神山、雷神山醫(yī)院，為集中收治和隔離新冠肺炎患者、阻擊疫情蔓延發(fā)揮了重大作用。在采取隔離措施的同時限制人員流動，是阻止疫情擴散的有效措施[3]。2020年上半年，新冠肺炎疫情已呈全球蔓延之勢，我國也經(jīng)歷了新型冠狀病毒的肆虐。為了應(yīng)對疫情，世界上很多國家都采取了和我國相類似的封城措施，盡量縮小病毒的傳播范圍，各城區(qū)對于外來車輛及人員的流動管控已刻不容緩，及時對流動車輛進行監(jiān)控及跟蹤尤為重要，對異地車輛的智能行車監(jiān)控系統(tǒng)做分析與研究具有現(xiàn)實意義。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 車牌識別

車牌識別（License Plate Recognition，LPR）通常包括4個步驟：圖像采集、目標(biāo)檢測、分割和光學(xué)字符識別[4]。

第一步，圖像采集。圖像可以從視頻、圖像集合和攝像機中提取出來。通常，在研究領(lǐng)域，圖像收集是由開放數(shù)據(jù)集提供的。第二步，檢測圖像中的車牌，通常發(fā)生在對象檢測步驟中，邊緣檢測是車牌檢測的常用方法。第三步，分割。檢測到車牌后進入分割階段，將區(qū)域分割成不同的位置，進行數(shù)字和字母的檢測。第四步，將每個分割區(qū)域識別為數(shù)字和字母來讀取車牌。

LPR主要由兩部分構(gòu)成：車牌檢測和車牌識別。車牌檢測的任務(wù)是從采集的車輛圖像中檢測并提取車牌區(qū)域，主要包括車牌定位和車牌矯正。車牌識別的任務(wù)是從檢測到的車牌區(qū)域中識別出車牌字符，主要包括字符分割和字符識別。

選擇顏色定位法進行車牌定位，利用二值化圖像的感興趣區(qū)域計算車牌水平的偏斜角和垂直偏斜角，再將原彩車牌通過剛才計算的角度矯正；最后，對車牌區(qū)域進行字符分割，采用改進的LeNet-5深度網(wǎng)絡(luò)模型進行車牌字符識別。

1.2 目標(biāo)檢測跟蹤

該監(jiān)控系統(tǒng)主要包括檢測模塊與跟蹤模塊，檢測模塊是整個系統(tǒng)的核心所在。目標(biāo)檢測的含義是計算機的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行大量數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，使其能夠在一堆的RGB像素中，比較好地分辨出圖片或視頻中的檢測對象。對多種算法比較后，選出了當(dāng)前最好的檢測框架之一—YOLOv3。跟蹤模塊采用基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)跟蹤算法ROLO，先用YOLO的檢測算法得到了跟蹤的初始框，然后利用長短時記憶網(wǎng)絡(luò)（Long Short-Term Memory，LSTM）進行空間回歸，得到目標(biāo)所在的位置信息。

在YOLO算法結(jié)構(gòu)中，最明顯的特征就是把輸入的圖像作為一個整體，并將其分割成N×N的網(wǎng)格形式，分別檢測每一區(qū)域的概率，再通過加權(quán)計算得到整塊區(qū)域的概率，不僅提升了檢測速度，還有全局掌控的作用。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)思路

在新冠肺炎防控期間，對異地車輛行車智能監(jiān)控的系統(tǒng)設(shè)計從車牌識別、檢測和跟蹤3個模塊著手，對監(jiān)控視頻進行分析，設(shè)計了一套完整的系統(tǒng)用于檢測外來車輛的出入及其軌跡。首先，對數(shù)據(jù)樣本的選擇與處理、各個模塊的搭建加以分析；其次，對圖像中的物體進行檢測，通過車牌識別模塊判斷車輛歸屬地，對進入本地的外地車輛進行標(biāo)記；最后，根據(jù)檢測結(jié)果跟蹤、判斷駕駛車輛人員進入本地區(qū)的活動情況，為減少和控制疫情傳播提供幫助。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)硬件由檢測層、傳輸層、應(yīng)用層3部分組成：（1）檢測層，由視頻監(jiān)控系統(tǒng)完成，可以捕捉范圍內(nèi)的多個目標(biāo)。（2）傳輸層，通過有線傳輸或者無線傳輸。（3）應(yīng)用層，通過檢測系統(tǒng)達到向車牌識別系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)依據(jù)的目標(biāo)，通過車牌識別系統(tǒng)判斷車輛歸屬地及連接數(shù)據(jù)庫存儲相關(guān)車輛信息，通過車輛跟蹤系統(tǒng)跟蹤異地車輛，查看人員流動情況，減少新冠肺炎擴散。

對異地車輛的行車監(jiān)控系統(tǒng)的軟件功能主要分為3大模塊：車牌識別模塊、車輛檢測模塊和車輛跟蹤模塊。

（1）檢測模塊，作用是通過使用大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練完成的檢測模塊，對通過攝像頭撿來的實時監(jiān)控視頻進行檢測，分析視頻幀中存在幾個目標(biāo)車輛，以供后續(xù)的車牌識別模塊使用。

（2）車牌識別模塊，用來判斷車輛歸屬地信息，根據(jù)車牌號與車主相對應(yīng)的特點在當(dāng)前情況下對人員流動情況進行有效管理。當(dāng)車牌屬于本地車輛時則無需進行跟蹤操作，但是需要保存車牌號并由工作人員提醒車主盡量不要出門；當(dāng)車牌屬于異地車輛時，對該車輛進行標(biāo)記跟蹤操作，控制人口流動，由工作人員做好登記工作，為后續(xù)相關(guān)工作人員排查減輕負擔(dān)。

（3）跟蹤模塊，根據(jù)前層檢測模塊傳送過來的檢測目標(biāo)框?qū)⒏櫦跏蓟?，之后通過目標(biāo)跟蹤算法對目標(biāo)集進行跟蹤，主要作用是對監(jiān)控視頻中出現(xiàn)的標(biāo)記車輛進行跟蹤，及時捕獲車輛位置信息。

3 系統(tǒng)功能

3.1 信息采集功能

車輛信息檢測模塊完成車輛本身及車標(biāo)識別和車身顏色檢測的工作。系統(tǒng)中的車牌識別模塊識別，檢測模塊檢測車輛車牌，并保存識別結(jié)果及車輛的車標(biāo)、顏色等信息，以便后續(xù)針對新冠肺炎進行防控操作順利進行。

3.2 報警提示功能

報警提示功能的作用是在檢測到有車輛行駛時，發(fā)出警報提示工作人員有車輛經(jīng)過，不需要工作人員長時間盯著監(jiān)控裝置，減少工作人員負擔(dān)。當(dāng)確認屬于異地車輛時，可以幫助工作人員進行跟蹤定位等相關(guān)操作；當(dāng)確認屬于本地車輛時，幫助工作人員通過車牌號并及時聯(lián)系車主。

3.3 跟蹤定位功能

將檢測出來的異地車輛利用電子地圖可以實時顯示出車輛的實際位置，定位檢測目標(biāo)車輛的坐標(biāo)并進行跟蹤，存儲異地車輛的行車坐標(biāo)軌跡，為存在潛在可能攜帶新冠肺炎病毒的人員跟蹤提供服務(wù)。

3.4 軌跡回放功能

回放的作用是當(dāng)檢查某一輛已經(jīng)經(jīng)過本地區(qū)的異地車輛的活動情況時，可以通過關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫查詢該車的車牌號來調(diào)取該車的行車軌跡，查看該車輛去過的地方，在新冠肺炎防控下為國家節(jié)約人力資源。

3.5 話務(wù)警告功能

疫情防控工作人員可以通過車牌號確定并聯(lián)系車主，與被跟蹤目標(biāo)通話，提醒車主在新冠肺炎傳播期間不要隨意走動，以便對人員流動實行管理，同時，通過遠程交流減少工作人員感染概率，以遏制疫情蔓延。

4 結(jié)語

此次新冠肺炎疫情是近年來中國乃至世界范圍內(nèi)少有發(fā)生的重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件，嚴重危害人們的生命健康?？刂迫丝诹鲃邮窃诓扇「綦x措施之外，阻止疫情擴散的有效措施，需要根據(jù)交通監(jiān)控視頻，針對異地私家車輛流動量進行監(jiān)控。對異地車輛智能行車監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用在疫情防控期間會極大地減小病毒傳播的風(fēng)險，及時反饋車輛和人員流動的詳細情況，為疫情防控提供技術(shù)支持。該系統(tǒng)在交通體系下將智能車牌識別系統(tǒng)與車輛跟蹤進行結(jié)合分析，設(shè)計實現(xiàn)對外來車輛的有效跟蹤和監(jiān)控，提高了對外來車輛管理能力，滿足了信息化條件下對外來車輛的管控需求，對于踐行國家可持續(xù)發(fā)展，推動智能交通快速高效發(fā)展具有重要意義，期待為相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展提供信息支持，為遏制疫情蔓延提供幫助。